基于擾動測試的農用車輛路徑跟蹤控制與試驗

劉正鐸 鄭文秀 王能 呂釗欽 張萬枝

摘 要：為提高農用運輸車輛路徑跟蹤的魯棒穩定性，該文結合農用運輸車輛特點基于非線性模型預測控制設計了路徑跟蹤控制器。該方法將路徑跟蹤問題轉化為求解滿足速度、轉角約束的最優值問題。該方法首先將農用車的非線性運動學模型進行離散化，推出遞推模型作并為控制器預測方程;然后構建新的狀態量設計目標函數，添加系統控制量、狀態量約束條件;最后將預測方程帶入目標函數將其轉化為基于遞推序列的二次規劃法響應問題;為增強系統的魯棒穩定性，利用實時反饋與滾動優化實現控制器的閉環校正;重復以上過程，實現預測控制。Matlab的仿真表明：非線性模型預測控制器能夠實現對所設計路徑的有效跟蹤且具有較強的魯棒穩定性。當測試車輛以3 m/s的速度跟蹤參考軌道時，最大橫向偏差為13.36 cm，最大縱向偏差為34.61 cm。當增加的水平偏差擾動Yr小于1.5 m時，控制器可以快速調整車輛，使測試車輛可以返回參考軌跡并繼續行駛。同時進行了與線性模型預測控制器的比較實驗。與傳統的線性模型預測控制器相比，當以3 m/s的速度執行圓形路徑跟蹤時，水平偏離軌道的距離減少了36.8%，縱向偏差減少了32.98%。

關鍵詞：路徑跟蹤;非線性;控制器;魯棒性

DOI： 10.25165/j.ijabe.20201302.4506

引用信息： ?Liu Z D， Zheng W X， Wang N， Lyu Z Q， Zhang W Z. ?Trajectory tracking control of agricultural vehicles based on disturbance test. ?Int J Agric & Biol Eng， 2020; 13（2）： 138–145.